고온 및 화학적 안정성을 갖는 유리 조성물 및 그 제조방법 document_id A220623066231

예를 들어 능동 매트릭스 LCD(AMLCD)와 같은 액정디스플레이(LCD)생산은 매우 복잡하며, 기판 유리는 매우 중요하다. 우선 첫째로, AMLCD 장치의 생산에 사용되는 유리기판은 그 물리적 치수가 정밀하게 제어될 필요가 있다. 다운드로우 시트 드로잉 공정(downdraw sheet drawing process) 및 특히, 미국 특허 제3,338,696호 및 제3,682,609호(모두 Dockerty)에 기술된 융합(fusion)공정은 래핑(lapping), 연마(polishing)와 같은 비용이 드는 형성 후 마감작업을 필요로 하지 않는 기판으로 사용될 수 있는 유리 시트(glass sheet)를 생산할 수 있다. 불행히도, 융합공정은 유리 특성에 엄격한 제한을 두며, 높은 액상 점도(liquidus visocosity)를 요한다. LCD 분야에서, 전자를 보다 효율적으로 전달하는 능력으로 인해 다결정형 실리콘(poly-crystaline silicon)계 박막 트랜지스터(TFTs)가 선호된다. 다결정형계실리콘 트랜지스터(p-Si)는 무정형계 실리콘 트랜지스터(a-Si)보다 높은 이동성을 갖는 특징이 있다. 이것은 좀 더 작고 빠른 트랜지스터의 생산을 가능하게 하며, 궁극적으로 보다 밝고 빠른 디스플레이를 생산할 수 있다. 다결정형 실리콘 트랜지스터(p-Si)의 한가지 문제점은 그 생산에 있어 무정형 실리콘 트랜지스터 (a-Si)의 생산에서보다 고온의 공정을 필요로 한다는 것이다. 무정형 실리콘 트랜지스터(a-Si)가 350℃에서 피크인 점과 비교하여, 그 온도는 450℃~600℃에 이른다. 이러한 온도에서, 대부분의 AMLCD 유리 기판은 압축이라는 공정을 거친다. 온도 안정성이나 치수 변화와 관련이 있는 압축은 유리 기판에서의 유리의 가공의 온도 변화로 인한 비가역적인 치수 변화(수축)이다. "가공온도(Fictive temperature)"는 유리의 구조적 상태를 나타내는데 사용되는 개념이다. 고온에서 빨리 냉각된 유리는 고온구조에 "동결되어(frozen in)" 있었기 때문에 고온의 가공온도를 갖는다고 한다. 천천히 냉각된 유리 또는 어닐링점 근처의 온도에 유지됨으로써, 어닐링된 유리 낮은 가공온도를 갖는다고 한다. 압축의 정도는 유리가 만들어진 공정과 유리의 점탄성(visocoelastic properties) 둘 다에 의존한다. 유리로부터 시트제품(sheet products)를 제조하기 위한 플로트 공정(float process)에서, 유리 시트는 용융상태(the melt)에서 상대적으로 천천히 냉각되어 비교적 낮은 온도구조에서 유리로 동결된다(frozen in). 반대로 융합공정은 녹는점에서 유리를 빨리 식혀, 비교적 높은 온도 구조에 고정시킨다(freezes). 결과적으로, 압축 구동력(driving force for compaction)은 가공온도와 압축공정 동안 유리가 겪은 공정온도의 차이이기 때문에 플로트 공정으로 제조된 유리는 융합공정(fusion process)에서 제조된 것에 비해 압축을 덜 겪을 수 있다. 따라서, 다운드로우 공정에 의해 생산된 유리 기판에서의 압축의 수준을 최소화하는 것이 바람직하다. 유리의 압축을 최소화하는 데는 2가지 접근방법이 있다. 첫째는 유리가 다결정실리콘 TFTs(p-Si TFTs)공정 동안 겪게 되는 온도와 유사한 가공온도(fictive temperature)를 갖도록 유리를 열적으로 선처리(pretreat)하는 것이다. 그러나, 이 접근방법에는 여러가지 어려움이 있다. 첫째, 다결정실리콘 TFTs공정(p-Si TFTs) 동안 적용되는 다양한 가열공정이 이러한 선처리(pretreatment)에 의해 완전히 보상될 수 없는 유리에 있어 약간 상이한 가공온도(fictive temperature)를 만들어 낸다. 둘째, 유리의 열안정성이 다결정실리콘 TFTs제조의 상세한 공정과 밀접히 연관되어, 다른 최종 사용자에게 다른 선처리를 의미할 수 있게 된다. 마지막으로, 선처리는 공정비용과 복잡성을 증가시킨다. 또 다른 접근방법은 압축반응의 반응속도(Kinetics)를 늦추는 것이다. 이것은 유리의 점도를 늘림으로써 가능하게 될 수 있다. 따라서 유리의 변형점(strain point)이 직면하게 될 공정온도보다 훨씬 높다면(가령, 변형점이 짧은 노출공정 동안 공정온도보다 높은 200-300℃라면), 압축은 최소가 된다. 그러나 이 접근방법의 당면과제는 비용 효율적인 높은 변형점을 갖는 유리의 생산이다. 무알칼리 유리와 높은 변형점을 가짐으로써 훌륭한 치수 안정성(즉, 낮은 압축)을 갖는 유리의 생산방법이 여기 기술되어 있다. 또한, 유리의 조성물은 다운드로잉 공정(downdrawing process)에 필요한 모든 특성을 가지며, 이는 LCD 기판 제조에 있어 중요하다.